摘要：金属矿山开采往往造成矿山土壤严重的重金属污染，以铅锌矿为例，阐述了重金属污染的产生和赋存状态、重金属污染土壤的修复技术，重点介绍了重金属污染土壤的植物修复治理措施，介绍了超富集植物筛选方面国内外的有关研究进展，指出了目前尚未解决的问题及未来发展趋势。
关键词：金属矿山；土壤；污染修复；治理措施
煤炭资源是我国发展现阶段所利用范围最大的能源，由于国内众多煤矿管理水平低下、技术力量薄弱以及环保意识不足等，伴随着煤矿开采过程、冶炼阶段以及矿藏开采结束的尾矿区产生了大量的废物污染物质，如煤渣、煤矸石等固体废弃物。这些固态废弃物在没有合理安置和利用的情况下，不仅会压占大量土地资源，会通过植物吸收、地表蒸发、土壤迁移沉降、地表水冲洗、降雨淋溶等方式通过大气循环、水循环、地质循环以及生物循环等造成大面积污染及危害。其中，重金属由于其自身隐蔽性高、潜伏周期长、毒副作用强烈和难以自然降解的特点，对土体结构、水源状况以及动植物健康造成的威胁是巨大的甚至是不可逆的。
广义的重金属是指密度在4.5g/cm3以上的金属物质，在煤矿区普遍常见的有Cd、As、Pb、Cu、Ni、Co、Cr、Zn等，重金属含量富集超过一定程度，就会对土壤理化性质造成不良影响，通过食物链等方式进入生态循环系统造成破坏，而煤矿区煤炭资源的开采，会引起众多重金属含量超标，不仅加剧了毒副物质的排放，更严重污染了土体和土地利用。环保部和国土资源部调查数据显示，矿区土壤超标率达到33.4%，在2018年环保高压态势的干涉下，大量煤矿企业被政策性关停，阶段性地缓解了煤矿开采地区生态环境进一步的恶化，但关于已污染区域重金属土壤修复及尚未污染区域土壤重金属污染预防方面的工作尚有不足。国务院出台《土壤污染防治行动计划》，要求在全国范围内全面实施土壤污染治理，对煤矿区重金属土壤污染修复将是未来要研究的重点。
1矿区土壤重金属的产生和赋存状态
1.1铅锌矿土壤重金属污染的产生
铅锌矿产资源开发将井下矿石搬运到地表，并通过选矿和冶炼，改变了矿物的化学组成和物理状态，从而使重金属开始向生态环境释放和迁移。对附近土壤等表生环境产生严重的重金属污染，并通过接触、食物链等途径直接或间接地危害人类。铅锌矿开采产生的废水、废气以及尾矿中的重金属元素主要通过土壤对人类造成危害。
1.2铅在土壤中的赋存状态
土壤中的铅可分为矿物态、吸附态、水溶态和有机络合态。矿物态铅有方铅矿(PbS)、红铅矿(PbO2)、白铅矿(PbCO3)和硫酸铅矿(PbSO4)，吸附态以铁锰氧化态为主，水溶性Pb2+很少。土壤中大部分铅以Pb(OH)2、PbCO3、Pb(PO4)2等难溶性盐及有机络合态存在。铅在土壤中的迁移能力比较弱，导致铅污染大多停留在土壤表层，随土壤深度增加而急剧降低，20cm以下就趋于正常水平。
2重金属污染土壤的修复技术
目前，重金属污染的修复主要有3种途径。
(1)改变重金属赋存状态，降低其活性，使其钝化，脱离食物链，减小其毒性。
(2)利用特殊植物吸收土壤中的重金属，然后将该植物除去。
(3)用工程技术将重金属变为可溶态、游离态，再经过淋洗，然后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收重金属和减少土壤中重金属的双重目的。
国内外采用的方法一般可分为工程措施、农业措施、改良措施和生物措施。
工程措施是利用外来重金属多富集在土壤表层的特性，去除受污染的表层土壤后，将下层土壤耕作活化或用未被污染活性土壤覆盖的方法，分为客土、换土、去表土、深耕翻土法、电动修复法、土壤淋洗法、热解吸法、玻璃化技术法5种；农业措施是因地制宜地调整一些耕作管理制度以及在污染土壤上种植不进入食物链的植物等，从而改变土壤中重金属活性，降低其生物有效性，减少重金属从土壤向作物的转移，达到减轻其危害的目的，主要包括控制土壤水分、改变耕作制度、调整作物种类、合理施用有机肥等；改良措施是施用改良剂、抑制剂等有效降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低他们进入植物体、微生物体和水体的能力，减轻他们对生态环境的危害，包括固化方法、添加还原性有机物质、利用拮抗作用等方法；生物修复是指利用微生物或植物的生命代谢活动，将土壤环境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他无公害物质的工程技术，主要包括植物修复技术和微生物修复技术，近年来植物修复技术方法由于其原位修复、成本低、不造成二次污染等多种优势而成为国际范围的研究热点。
3植物修复技术
植物修复是利用能忍耐和超富集某种或多种重金属的超富集植物来修复重金属污染土壤的技术总称。通常，超富集植物的界定由以下几个因素决定:植物体内某种或多种金属元素浓度大于一定的临界值；植物地上部的重金属含量高于根部，即有较高的(地上部/根)浓度比；在重金属污染的土壤上能良好生长，不发生重金属中毒现象。由于不同元素在土壤和植物中的自然浓度各不相同，因此不同重金属超富集植物对重金属吸收的临界浓度并不相同。
植物修复技术可分为植物提取、植物挥发、根际过滤和植物固定4种类型。一般将前3者统称为去除过程，而将后者称为稳定过程。现在研究最多的是植物提取技术。植物提取技术分为连续植物提取和诱导植物提取两种方法，前者依赖超积累植物在其整个生命周期能够吸收、转运和忍耐高含量重金属，后者是利用螯合剂来促进植物对重金属的吸收和运输。
4重金属超富集植物的筛选
目前常用的超富集植物的筛选方法有野外采样分析法和盆栽模拟法。野外采样分析法方便快捷，大多数超富集植物都是采用这种方法发现的；而室外盆栽模拟实验可以对植物整个生长期进行观察和记载，与长期生长在金属矿区土壤环境的植物相比，被驯化的时间短，有利于根据植物对污染物的响应研究植物本身具有的特性，从而找到其抵抗金属毒害的遗传基因。以铅为例，由于铅具有较高的负电性，被认为是弱Lewis酸，易与土壤中的有机质和铁锰氧化物等形成共价键，不易被植物吸收，所以目前已见报道的铅超积累植物并不多，而且主要都是在铅锌矿区发现的。国外报道的几种典型Pb超积累植物有Brassica.nigua、Brassica.pekinensis、Brassica.juncea、T.rotungifolium、Americamartitima、var.balleri、Minuaritia.vernaThlaspi.rotundifolium等。其他的如Cu、Cd、Mn等重金属超富集植物也有报道。
我国在这方面的研究起步较晚，但近期已经开展了大量的Pb超积累植物的遴选工作，其中也是主要对铅锌矿区和冶炼厂附近植物进行研究。例如对株洲冶炼厂生产区进行了植被和土壤调查，报道了土荆芥茎叶内的Pb可高达3888mg/kg；刘秀梅等对某铅锌矿区附近生长的6种植物筛选，发现羽叶鬼针草和酸模对Pb有很好的耐受性，张志权等[8]研究了从引入的土壤种子库中所萌发并成功定居在铅锌尾矿上的4个优势种植物，表明双穗雀稗和黄花稔具有Pb修复潜力；一些农作物如玉米和豌豆也可大量吸收Pb，但还达不到植物修复的要求。吴春华等对杂草的研究发现虽然地上部分Pb含量低于根系，但由于其生物量大，同样吸收了大量Pb。因此，可在尾矿区Pb污染土壤中保留适量杂草，使其从土壤中吸收大量Pb再将其清除。其他重金属超富集植物也均有报道。
5结束语
在金属矿山土壤重金属污染的治理实践中，针对矿山的具体情况，在深入了解植物生物学特性与植物修复关系的基础上，采用土壤污染修复技术的综合应用也是必不可少的。到目前为止，国内外已有一些较好的研究成果。如何将已有的研究成果，通过筛选、提炼优化后用于矿山污染土壤的实际修复中是迫切需要解决的问题。
参考文献
[1].重金属污染防治与土壤修复行业2016年发展综述[J].中国环保产业，2017(11):17-22.
[2]吕倩.关于矿山开采对生态环境的影响及矿区生态修复讨论[C].中国环境科学学会（ChineseSocietyforEnvironmentalSciences），2015:770-773.
[3]张耀文，邸利.矿区土壤重金属污染及治理研究进展[J].现代农业科技，2015(01):206+210.